延川南致密砂巖壓裂關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

周成香，謝先平，胡圓圓

（1.中國(guó)石化華東分公司非常規(guī)指揮部，山西 鄉(xiāng)寧 042100；2.中國(guó)石化華東分公司物探研究院，江蘇 南京 210007）

1 延川南區(qū)塊致密砂巖氣藏概況

我國(guó)致密砂巖氣藏分布廣泛、類(lèi)型多樣，主要包括4大含氣區(qū)：川西超致密砂巖含氣區(qū)、松遼斷陷致密砂巖含氣區(qū)、準(zhǔn)南深埋致密砂巖含氣區(qū)和鄂爾多斯深盆含氣區(qū)[1]。延川南區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東南緣，該區(qū)塊致密砂巖主要分布在萬(wàn)寶山構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶砂體致密、低孔、低滲，砂巖上部主要為泥巖，下部以砂巖為主，伴有少量泥巖，上下巖層含水性弱，上下蓋層具有相對(duì)較好的封蓋能力。地層溫度低（35℃），地溫梯度為2.99℃/100m。待改造層段地層滲透率0.041×10-3μm2，地層原始?jí)毫?.36 MPa，壓力系數(shù)0.56，滲透性差，壓力系數(shù)低，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲流條件差、氣藏單井自然產(chǎn)能低。延川南區(qū)塊萬(wàn)寶山構(gòu)造帶已鉆6口井，其中有5口顯示氣測(cè)異常，累計(jì)厚度169.53m，累計(jì)層數(shù)51層。萬(wàn)寶山構(gòu)造帶砂巖氣層總體層數(shù)相對(duì)較多，單層厚度大，累計(jì)厚度相對(duì)可觀，可作為致密砂巖氣勘探的目標(biāo)區(qū)。

2 致密砂巖氣藏壓裂技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

延川南致密砂巖儲(chǔ)層不僅儲(chǔ)層物性差，且黏土含量相對(duì)較高，在壓裂過(guò)程中極易造成水鎖及水敏傷害。此外，大量壓裂液長(zhǎng)時(shí)間滯留地層會(huì)造成有效裂縫的長(zhǎng)度降低[2-3]。因此，如何降低壓裂液對(duì)儲(chǔ)層傷害并提高壓裂液的返排率是改善壓裂效果的核心技術(shù)。

針對(duì)延川南致密砂巖特性，開(kāi)展了壓裂液體系的優(yōu)化研究，參考國(guó)內(nèi)致密砂巖壓裂經(jīng)驗(yàn)，采用低傷害、強(qiáng)化破膠、高效返排的壓裂液體系，配以纖維加砂、液氮伴注和壓后返排控制技術(shù)，可使低滲致密砂巖氣藏得到充分改造。

3 低傷害增效壓裂液體系評(píng)價(jià)

3.1 多功能增效劑優(yōu)化

為了改善壓裂液的綜合性能，根據(jù)壓裂施工時(shí)間和儲(chǔ)層溫度，在對(duì)壓裂液耐溫、抗剪切性能調(diào)試的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場(chǎng)采用一種集助排、防膨和降濾效果于一體的含有機(jī)陽(yáng)離子和非離子表活劑基團(tuán)低分子量高聚合物多功能增效劑BM-B10[4]。

開(kāi)展了壓裂液稠化劑濃度優(yōu)化和添加劑優(yōu)選的室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)一步降低了稠化劑濃度，優(yōu)選出35℃條件下滿足壓裂需要的超低稠化劑濃度壓裂液配方：當(dāng)稠化劑濃度降低到0.2%～0.25%時(shí)，壓裂液的破膠液殘?jiān)退蝗芪镙^0.3%～0.4%時(shí)低得多，稠化劑的壓裂液體系殘?jiān)拷档土?1%，有效減少了對(duì)地層的污染，并且裂縫滲透率可提高25%左右（圖1）。

圖1 不同濃度稠化劑條件下對(duì)應(yīng)的地層傷害率Fig.1 The corresponding formation damage rates under different concentrations of thickener

3.2 低溫催化破膠劑量?jī)?yōu)化

在目的層溫度較低，破膠困難的情況下，采取低溫催化破膠技術(shù)可使壓裂液破膠迅速、徹底，施工結(jié)束后液體快速返排。通過(guò)對(duì)室內(nèi)在35℃和25℃靜態(tài)破膠性能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，濃度在0.1%MG時(shí)破膠效果較好（表1和表2）。根據(jù)施工時(shí)間及裂縫中壓裂液溫度剖面，對(duì)不同壓裂液階段采取不同的破膠濃度，即采用分段破膠，使壓裂液的破膠時(shí)間與施工時(shí)間相一致。這樣既能保證壓裂液的造縫與攜砂能力，又能使壓裂液在施工結(jié)束后快速破膠、水化返排，減少壓裂液對(duì)地層的傷害。

表1 35℃靜態(tài)破膠性能檢測(cè)Table 1 Static gelout performance detection under 35℃

表2 25℃靜態(tài)破膠性能檢測(cè)Table 2 Static gelout performance detection under 25℃

綜合考慮延川南致密砂巖的地質(zhì)特征，在室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上優(yōu)選出具有低傷害、攜砂能力強(qiáng)、高效返排等特性的壓裂液。該壓裂液配方：0.25%GRJ-11+0.1%WDS-2+0.5%WD-5+0.5%WD-12+0.5%BMB10+0.25%Na2CO3。

交聯(lián)劑：WD-4，0.25%；破膠助劑：三乙醇胺，0.1%。

3.3 “纖維+液氮”高效返排工藝技術(shù)

針對(duì)地層壓力低、壓裂液返排速度及返排率低的問(wèn)題，提出“纖維+液氮”高效返排工藝技術(shù)[5]，以增加壓裂液返排壓差和避免支撐劑回流，同時(shí)加大壓裂液的返排速度。根據(jù)地層壓力、儲(chǔ)層埋深、啟動(dòng)壓力優(yōu)化液氮的用量，現(xiàn)場(chǎng)推薦液氮用量5%～7%，同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)，纖維的質(zhì)量濃度為5%時(shí)，導(dǎo)流能力的損失率要比其它三種質(zhì)量濃度（10%、15%和20%）小20%以上[6]。

采用纖維增強(qiáng)加砂壓裂工藝,排液速度明顯加快,排液時(shí)間顯著縮短,見(jiàn)氣時(shí)間顯著提前,達(dá)到了“能快速、高效排液,避免支撐劑回流返吐”的應(yīng)用效果[7]。因此，可利用纖維的物理支撐作用，改善壓裂液性能，提高攜砂能力。人工裂縫中加入纖維可用少量線性膠溶液實(shí)現(xiàn)高砂比泵注，既可降低液體用量，又能增大支撐劑輸送距離以改善支撐劑的鋪置剖面降低稠化劑濃度，達(dá)到降低裂縫內(nèi)傷害、控制縫高，保持裂縫高導(dǎo)流能力的目的。

4 壓裂施工參數(shù)優(yōu)化

4.1 壓裂規(guī)模優(yōu)化

該井壓裂目標(biāo)層閉合應(yīng)力約為16 MPa，考慮支撐劑耐壓性、價(jià)格，作業(yè)安全等因素，且該低滲儲(chǔ)層所需的裂縫導(dǎo)流能力相對(duì)較低，需優(yōu)選各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。選用價(jià)格便宜的20/40目石英砂作為施工的支撐劑。以“造長(zhǎng)縫、提高儲(chǔ)層滲流面積、力爭(zhēng)溝通遠(yuǎn)井天然裂縫”為目的，應(yīng)用FracproPT軟件對(duì)不同加砂規(guī)模進(jìn)行模擬（圖2）?？梢钥闯觯杭由耙?guī)模越大，裂縫越長(zhǎng)、縫高越大、裂縫導(dǎo)流能力也越大。當(dāng)加砂量超過(guò)30m3以后，縫長(zhǎng)增長(zhǎng)變緩、而縫高增長(zhǎng)加快、裂縫導(dǎo)流能力增幅減緩。因此，該段加砂規(guī)模在25～30m3較為合適。

圖2 不同加砂規(guī)模與裂縫參數(shù)關(guān)系曲線Fig.2 Relation curves of different gravel input scales and fracture parameters

4.2 施工排量?jī)?yōu)化

圖3 不同延伸壓力梯度、不同排量下?73mm油管注入的施工泵壓Fig.3 Construction pump pressure of injected?73mm tubing under different extension of pressure gradient and different displacement

由于致密砂巖壓裂采取低排量造長(zhǎng)縫，同時(shí)壓裂液含酸，為了更好控制施工排量、保護(hù)套管及壓后期放噴井控等因素采取了下油管壓裂方式。該井油層套管?139.7 mm，采用?73 mm油管進(jìn)行加砂壓裂改造施工。設(shè)計(jì)施工排量與泵注壓力應(yīng)保證套管、油管、井口、地面高壓管匯、井下工具、地面設(shè)備等正常使用。模擬改造層段的裂縫延伸壓力梯度0.019～0.027 MPa/m，模擬排量為2.0～6.0m3/min，見(jiàn)圖3。估算該井層的裂縫延伸壓力梯度0.022～0.023 MPa/m，優(yōu)化施工排量3～4m3/min。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

5.1 施工過(guò)程

Y3井是鄂爾多斯盆地東南緣延川南區(qū)塊部署的一口參數(shù)井，139.7 mm套管完井，采用鋼級(jí)N80級(jí)? 73 mm油管進(jìn)行加砂壓裂，施工過(guò)程較為順利，見(jiàn)圖4，累計(jì)用液221.7m3，20/40目石英砂30m3，加入纖維220 kg，伴注液氮16m3。

圖4 Y3井致密砂巖層壓裂施工曲線Fig.4 Fracturing construction curves of tight sandstone reservoir of well Y3

5.2 效果評(píng)價(jià)

壓后關(guān)井30 min放噴，待進(jìn)入地層的壓裂液徹底破膠后快速返排，分別用?2 mm、?3 mm、?4 mm、?5 mm油嘴進(jìn)行回壓試井，獲二項(xiàng)式無(wú)阻流量8 457m3/d，同時(shí)放噴系統(tǒng)測(cè)試壓裂液返排率大于50%，達(dá)到低傷害、深改造、高返排的效果。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）在室內(nèi)壓裂液研制及壓裂參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，BM-B10壓裂液體系成功在現(xiàn)場(chǎng)得以應(yīng)用，壓后獲得了單井產(chǎn)量的突破，為整個(gè)延川南致密氣藏開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持和保障。

2）壓裂液高效返排技術(shù)是低滲致密油氣藏低傷害壓裂的關(guān)鍵技術(shù),將直接影響壓裂改造的效果，實(shí)踐說(shuō)明延川南致密氣藏高效返排工藝技術(shù)可以被應(yīng)用到國(guó)內(nèi)同類(lèi)低滲致密油氣藏。

3）分析Y3井壓裂施工情況及裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果，可對(duì)延川南致密砂巖壓裂進(jìn)一步開(kāi)展壓裂規(guī)模優(yōu)化研究，以提升壓裂規(guī)模，提高單井產(chǎn)量。

4）根據(jù)國(guó)內(nèi)外水平井開(kāi)發(fā)致密砂巖氣的效果及延川南有多套致密砂巖有較好顯示的情況，建議積極開(kāi)展水平井壓裂及直井多層分壓配套技術(shù)研究。

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[4]黃小軍,楊永華,魏寧.致密砂巖氣藏大型壓裂工藝技術(shù)研究與應(yīng)用——以新場(chǎng)沙溪廟組氣藏為例[J].海洋石油,2010,30（3）∶68-72.

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